用于寬帶主水聽器校準的裝置已擴展，可在不同溫度設置下提供穩定的校準條件。然后在17°C至29°C的范圍內對四種常用超聲測量水聽器進行了特性分析，并確定了不同超聲頻率下靈敏度隨溫度變化的平均速率。
可靠地確定醫用超聲設備的聲輸出是安全有效地應用該設備的先決條件，也是滿足監管要求的必要條件[2]。用水聽器測量了水箱總成在室溫下的聲壓場，并由此導出了幾個進一步的輸出量。單個水聽器校準可確保水聽器輸出信號（通常為隨時間變化的預放大壓電電壓信號）可轉換為聲壓波形。盡管已經認識到用于生物醫用超聲曝光的水聽器的靈敏度取決于溫度[3]，例如，由于水和傳感元件的介電常數和聲阻抗以及傳感元件的壓電常數隨溫度變化，因此對實際變化程度的詳細研究很少。
在最近的一項研究[1]中，PTB的主要水聽器校準電流裝置用于校準溫度范圍為17°C至29°C的四個不同類型的壓電水聽器。這里，使用高頻光學測振儀在每個溫度設置下執行聲學參考測量。在每個溫度設置下，使用高頻光學測振儀進行聲學參考測量。水聽器的選擇涵蓋了最廣泛使用的一般壓電設計，如背襯式和非背襯式PVDF膜水聽器，以及針型和膠囊型水聽器[1]。在不同頻率下對獲得的校準數據進行了分析，并研究了不同水聽器設計之間的任何差異。膜式水聽器的典型特性可描述為每升高1°C，靈敏度在0.55%至1.10%范圍內輕微增加。通常，水聽器的靈敏度隨溫度的變化呈現出頻率依賴性。在針式和膠囊式水聽器的情況下，還觀察到靈敏度隨溫度升高而略微降低（見圖）。
圖：10 MHz和40 MHz下膜式（左）和膠囊式（右）水聽器的靈敏度隨溫度變化，標準化為19°C；95%覆蓋率的不確定度條；斜率數字表示每1°C的變化率百分比及其標準偏差。
這些結果可用于校正在不同水溫下測定的校準數據，而不是在聲發射測量的應用條件下測定的校準數據?；蛘?，結果可用于估計影響對測量結果的不確定度貢獻。如果校準溫度與應用溫度僅相差一到兩度，則不確定度貢獻在1%到2%的范圍內，這與水聽器測量中的其他典型不確定度貢獻相比相對較小。由于這種適度的影響，現在將放寬IEC 62127-3[3]中的一般公開要求，以避免不相稱的測量負擔。但是，如果有必要在顯著升高的溫度下進行水聽器測量，例如在生物醫學治療研究中人體溫度約為37°C時，應補償PVDF水聽器靈敏度與室溫下標準校準條件之間的差異。
Publication:
[1] V. Wilkens, M. Weber, and J. Twiefel, Temperature Dependence of the Sensitivity of Hydrophones for Biomedical Ultrasound Exposimetry, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 72, no. 3, pp. 362–369, Mar. 2025, DOI: 10.1109/TUFFC.2025.3527625.
Further literature:
[2] G. R. Harris S. M. Howard, A. M. Hurrell, P. A. Lewin, M. E. Schafer, K. A. Wear, V. Wilkens, and B. Zeqiri, Hydrophone measurements for biomedical ultrasound applications: A review, IEEE Trans. Ultrason., Ferroelectr., Freq. Control, vol. 70, no. 2, pp. 85–100, Feb. 2023.
[3] Ultrasonics—Hydrophones—Part 3: Properties of hydrophones for ultrasonic fields, International Standard IEC 62127-3, Ed. 2, 2022.
